一种步进式主变油中溶解气体在线监测装置及方法与流程

本发明涉及电网变电站大型充油电力变压器油中溶解气体在线监测装置设备领域，尤其是一种步进式主变油中溶解气体在线监测装置及方法。

背景技术：

1、目前对于电网大型电力高压充油电力主变，油中溶解气体在线监测装置的配置已成为常态，对充油电力变压器发生的过热故障和放电故障，均能通过检测其中故障特征气体的含量和组分比例而灵敏、可靠的反映出来，为防止主变事故的发展发挥了重要作用，但现有主变油中溶解气体在线监测装置，主要为在线光谱监测装置和油中溶解特征气体在线色谱监测装置，这两种在线监测装置均价格昂贵，且都为单一配置连续运行，在长期持续运行中，其装置内部的主要检测部件诸如：色谱柱、特征气体传感器、氢焰、热导，光谱检测器等容易衰减和退化，影响了试验的准确性和仪器装置的使用寿命，且单一的在线检测方式由于以上原因可能产生错误的检测数据，造成误报警、误判断等不良动作，给电网主变安全运行带来了隐患，特别是现有的油中溶解气体在线监测装置都不具备有当主变内部突发恶性放电故障时的跳闸保护功能。

2、充油主变在运行中，其内部绕组和铁芯浸泡在变压器油中，变压器油起到绝缘和冷却作用，当主变内部发生过热或放电故障时，故障点周围的变压器油会因故障产生的高温能量或放电能量，发生热解或裂解反应，产生出分别为：甲烷、乙烷、乙烯、乙炔，氢气、一氧化碳、二氧化碳等这七种与相应故障有规律关系的气体，我们将这七种气体称之为变压器故障特征气体（简称特征气体，以下同），故障越严重产气速率越快、故障时间越长，产气积累越多，这些故障特征气体会依据其各自溶解度的不同而部分溶解于变压器油中，在一定温度和压力下，形成动态平衡。目前对于电网大型电力高压充油电力主变，油中溶解气体在线监测装置的配置已成为常态，对充油电力变压器发生的过热故障和放电故障，均能通过检测其中故障特征气体的含量和组成比例而灵敏、可靠的反映出来，为防止主变事故发展发挥了重要作用，但现有主变油中溶解气体在线监测装置，主要为在线光谱监测装置和在线色谱监测装置，这两种在线监测装置均价格昂贵，且都为单一配置的连续运行，在长期持续运行中，其装置内部的主要检测部件诸如：色谱柱、特征气体传感器、热导检测器，光谱检测器[都属于气体传感器]等容易衰减和退化，影响了试验的准确性和仪器装置的使用寿命，且单一的在线检测方式由于以上原因可能产生错误的检测数据，造成误报警、误判断等不良动作，给电网主变安全运行带来了隐患，

3、如能发明创新一种能克服以上传统主变油中溶解气体在线监测装置缺点和不足的新型在线监测装置，对保障主变和电网的安全经济运行有着重要意义。

技术实现思路

1、本发明提出一种步进式主变油中溶解气体在线监测装置及方法，能在主变突发恶性严重放电故障时，能科学合理进行3选2的准确投跳保护工作，保证了主变在确实发生严重故障时的及时跳闸保护，同时又避免了误判断，特别是避免误跳闸的严重后果，有力保证电网的安全、稳定、经济运行。

2、本发明采用以下技术方案。

3、一种步进式主变油中溶解气体在线监测装置，所述监测装置用于监测气体的装置包括用于快速检测单一氢气组分的钯合金薄膜氢气传感器装置（4）、用于快速检测单一乙炔组分的膜式乙炔检测器装置（10），还包括能检测多种故障气体的全组分监测装置（11），当在主变发生轻微、中等程度故障时，在线监测装置先以钯合金薄膜氢气传感器装置、膜式乙炔检测器装置进行快速检测分析后，再进一步以全组分监测装置进行相应的全组分检测分析，根据分析结果准确进行3选2的投跳保护工作。

4、所述在线监测装置包括充油电力主变本体、主变本体内充注的变压器油、微型循环油泵、油流量传感器、钯合金薄膜氢气传感器装置、膜式乙炔检测器装置、全组分监测装置、微型变频无油空压机装置、控制模块、主变电源侧高压断路器，以及连接管道管件；

5、所述全组分监测装置为在线光谱监测装置或在线色谱监测装置中的一种；

6、所述在线监测装置的油路包括以下结构：充油电力主变本体（14）的下部安装有主变出油口，主变出油口连接主变出油电磁阀（1）的一侧，用于控制主变出油，以提供给在线监测装置执行检测的油样，充油电力主变的上部安装有主变进油口，主变进油口连接主变进油阀（13），用于使在线监测装置检测后的回油循环至主变内部，出油电磁阀的另外一侧通过管道依次连接微型变频循环油泵（2）、变压器油流量传感器（3）、钯合金薄膜氢气传感器装置、膜式乙炔检测器装置油路部分、充油电力主变上部的进油阀，回流至主变内部；

7、所述在线监测装置的气路结构包括微型变频无油空压机装置、吸附柱、储气罐、空气稳压稳流阀、空气流量传感器，以及膜式乙炔检测器装置气路部分，膜式乙炔检测器装置气路部分工作时，从陶瓷隔膜渗透出的特征气体（23），被作为载气的干燥压缩空气（24）携带形成混合气（25），依次通过膜式乙炔检测器装置气路部分、在线光谱监测装置/在线色谱监测装置后排出；微型变频无油空压机装置工作时，输出稳定流量的干燥无油空气作为载气至陶瓷隔膜腔空间内，空气携带特征气体依次通过膜式乙炔检测器装置气路部分、在线光谱监测装置/在线色谱监测装置后排出。

8、所述钯合金薄膜氢气传感器装置包括传感芯片（5）和变送器，其中传感芯片设于微型变频循环油泵输出端流量传感器的后方管道内部中央，直接测量管道中流经变压器油中所含氢气含量，变送器安装在管道外部，用于将传感芯片测量数据传送至控制模块。

9、所述膜式乙炔检测器装置包括特征气体渗透膜管组件和乙炔检测器，特征气体渗透膜管组件包括由外环管和内环管形成的特征气体渗透圆环管（7），所述外环管为不锈钢外壳，内环管为包括高透气性特氟龙聚合物复合膜的陶瓷隔膜内环管，其具有选择性渗透特征气体组分的功能；当变压器油流经特征气体渗透膜组件的内环管时，其在内环管与外环管之间形成一个用于渗透故障特征气体的密闭空间；

10、特征气体渗透圆环管的两端安装有法兰，通过法兰与其它管路连接；

11、特征气体渗透圆环管外环管壁的一端处安装有第一小管（6），第一小管的一端穿进内外环管之间的空间，第一小管的另外一端依次连接气体流量传感器、稳压稳流阀、空气储罐、吸附柱、微型变频空压机（21）；

12、特征气体渗透圆环管外环管壁的另外一端安装有第二小管（26），第二小管的一端穿进内外环管之间的空间，第二小管的另外一端依次连接乙炔检测器、在线光谱监测装置/在线色谱监测装置；

13、特征气体渗透圆环管的一端连接微型变频循环油泵的输出管，特征气体渗透圆环管的另外一端连接主变上部的进油阀；

14、当经微型变频循环油泵输出的变压器油流经膜式乙炔检测器渗透圆环管的内环管，变压器油中所含特征气体经高透气性特氟龙聚合物复合膜渗透到特征气体渗透圆环管内、外环管之间的空间内，与经特征气体渗透圆环管外环管第一小管接入的干燥无油压缩空气混合，此干燥无油压缩空气作为载气携带着特征气体一起通过特征气体渗透圆环管外环管第二小管依次流向乙炔检测器、在线光谱检测器/在线色谱检测器分别进行检测。

15、所述在线光谱监测装置/在线色谱监测装置的进气口连接于第二小管，第二小管处安装有乙炔检测器，在线光谱监测装置/在线色谱监测装置用于对特征气体各组分进行准确的在线检测。

16、所述微型变频无油空压机装置包括：微型变频无油空压机、吸附柱、储气罐、稳压稳流阀、空气流量传感器；

17、所述微型变频无油空压机出口通过管道依次连接于吸附柱（18）、储气罐（20）、稳压稳流阀、特征气体渗透圆环管外环管第一小管，吸附柱内装填有能吸附空气中水分和杂质的填料；储气罐上安装有电接点压力表，用于控制变频无油空压机在一定压力范围内的启停；从微型变频无油空压机输出的压缩空气，经稳压稳流阀调节，形成具有所需压力和流量的干燥无油空气流，供给后续的监测装置作为载气使用，空气流量传感器将流量数据实时传输至控制模块，由控制模块自动调节稳压稳流阀的稳压稳流工作。

18、控制模块预先设置有：氢气含量超标第一设置值、乙炔含量超标第一设置值、乙炔含量超标第二设置值、氢气含量超标第二设置值、变压器油流量设置值、压缩空气稳压稳流设置值；所述乙炔含量超标第二设置值为乙炔含量恶性快速增长开关跳闸设置值；所述氢气含量超标第二设置值为氢气含量恶性快速增长开关跳闸设置值；

19、控制模块的输入端分别电性连接于钯合金薄膜氢气传感器、乙炔检测器、变压器流量传感器、压缩空气流量传感器的输出端，控制模块的输出端分别电性连接于主变出油电磁阀、微型变频循环油泵、压缩空气稳压稳流阀、在线光谱监测装置/在线色谱监测装置、主变电源侧高压断路器二次保护装置的输入端。

20、所述在线监测装置不安装真空/顶空脱气模块。

21、步进式主变油中溶解气体在线监测方法，采用以上所述的一种步进式主变油中溶解气体在线监测装置，其特征在于：包括以下步骤；

22、步骤s1、依次开启主变进油阀（13）、主变出油电磁阀（1）和微型变频循环油泵（2），通过变压器油量传感器（3）自动控制变频循环油泵（2）出力，以保持稳定循环油流量在设置范围；

23、步骤s2、依次开启稳压稳流阀（9）、微型变频空压机（21），通过电接点压力表（19），自动调节储气罐（20）压力在设定范围，空气流量传感器（8）自动控制稳压稳流阀（9）调节输出稳定压力和流量的无油干燥压缩空气24；

24、步骤s3、开启步进式主变油中溶解气体在线监测装置；

25、步骤s4、正常运行时，第三级的在线光谱监测装置/在线色谱监测装置为常态周期检测状态，设置为每隔24小时周期开机检测一次后关闭；

26、步骤s5、第一级的钯合金薄膜氢气传感器（4）和第二级的膜式乙炔检测器（10）设置为常开状态，分别检测变压器油中的单一氢气组分和特征气体（23）中的单一乙炔组分；

27、步骤s6、当钯合金薄膜氢气传感器（4）检测到变压器油中氢气含量超过第一氢气设定值时，启动第三级的在线光谱监测装置/在线色谱监测装置，进一步对主变变压器油中溶解特征气体（23）进行全面检测，依据各特征气体含量的特定比例，准确判断故障的类型和发展程度；

28、步骤s7、当膜式乙炔检测器（10）检测到主变变压器油中溶解的乙炔气体含量超过第一乙炔设置值时，启动在线在线光谱监测装置/在线色谱监测装置，对主变变压器油中溶解特征气体（23）进行全面检测，以准确判断故障的类型和发展程度；

29、步骤s8、当膜式乙炔检测器（10）、在线光谱监测装置/在线色谱监测装置，这二种不同检测方式的检测器，同时检测到主变变压器油中溶解特征气体中的乙炔气体含量超过第二乙炔设置值时，控制模块直接控制跳开主变电源侧高压断路器（12），将此发生恶性故障的主变本体（14）从电网中隔离出来；

30、步骤s9、当膜式乙炔检测器（10）或在线光谱监测装置/在线色谱监测装置，这两种监测装置其中之一检测到主变变压器油中溶解特征气体中的乙炔气体含量超过第二乙炔设置值，且钯合金薄膜氢气传感器检测到变压器油中氢气含量超过第二氢气设定值时，控制模块也直接控制跳开主变电源侧高压断路器（12）。

31、本发明所提出的一种步进式主变油中溶解气体在线监测装置，包括钯合金薄膜氢气传感器装置、膜式乙炔检测器装置、在线光谱监测装置/在线色谱监测装置及其配套组合等，抛弃了现有在线监测装置复杂的真空/顶空脱气模块，减少了大量的阀件和气缸等机械部件，提高了整体装置的长期运行可靠性，降低了整个系统的监测成本，为主变油中溶解气体在线监测装置设备领域首创，其中的钯合金薄膜氢气传感器装置快速检测单一的氢气组分，膜式乙炔检测器装置快速检测单一的乙炔组分，在线光谱监测装置/在线色谱监测装置能够全面检测七种故障特征气体，本发明的这种步进式主变油中溶解气体在线监测装置，创新的设计成一种能够分步分级的监测方案，在主变在发生轻微、中等程度故障时进行相应快速检测和分析，在主变突发恶性严重放电故障时，能科学合理进行3选2的准确投跳保护工作，保证了主变在确实发生严重故障时的及时跳闸保护，同时又避免了误判断，特别是避免误跳闸的严重后果，有力保证电网的安全、稳定、经济运行。

32、本发明中，所述在线监测装置不安装真空/顶空脱气模块，节约了成本，这与目前广泛使用的在线监测装置有根本的不同。

33、本发明的优点还在于：

34、1）创新进行分步分级油中溶解气体在线检测方式；在该方式中设计将廉价且能快速检测单一氢气组分和单一乙炔组分的单一传感器、检测器作为并列第一步监测装置，将具有特征气体全组分检测的在线光谱监测装置或在线色谱监测装置作为第二步监测装置；

35、2）在油中溶解气体检测的技术范畴中，科学合理的创新设计3选2准确投跳保护装置和保护方式，既保证当主变内部真实突发恶性放电故障时的准确跳闸保护，又避免了误检测、误跳闸的严重不良后果。